(57)【要約】  本発明は、風力発電設備（１００）用のナセル（１０５）と、風力発電設備用のロータ（１０６)と、風力発電設備と、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの使用と、ナセルの風向き追跡のための方法と、ロータのロータブレード（１０８）のロータブレード調節のための方法と、に関する。本発明は、特に、風力発電設備（１００）用の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備用のナセル（１０５）であって、このナセルの風向き追跡のために使用され、且つ、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブとして構成されている少なくとも１つのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）を備えたナセルに関する。【選択図】図５
2019526012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備（１００）用の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備用のナセル（１０５）であって、
前記ナセルの風向き追跡のために使用され、且つ、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブとして構成されている少なくとも１つのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）を備えた前記ナセル。
【請求項２】
前記少なくとも１つのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）が前記ナセルのマシン支持体（２００、４８０）に配置されている、請求項１に記載のナセル（１０５）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）が前記ナセルの前記マシン支持体（２００、４８０）のキャビティ内に部分的に又は完全に配置されていることを特徴とする、請求項１〜２の少なくとも一項に記載のナセル（１０５）。
【請求項４】
前記マシン支持体（２００、４８０）の前記キャビティが前記少なくとも１つのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）用の筐体として構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の少なくとも一項に記載のナセル（１０５）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）の前記遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが１つのギアボックス段（４３０、４４０）又は２つのギアボックス段を有するギアボックスを備えていることを特徴とする、請求項１〜４の少なくとも一項に記載のナセル（１０５）。
【請求項６】
前記ギアボックスが、歯付きピンギアボックス（３０５）として構成されており、望ましくは、複数の可動歯付きピン（３３２、３４２）を備えており、及び／又は、更に望ましくは、１つ、２つ又は複数のエレベーションを有するプロファイルドディスク（３３４、３４４）として構成されたドライブ構成要素を備えていることを特徴とする、及び／又は、
前記ギアボックス（３０５）が入力シャフトと出力シャフトとを備えており、前記入力シャフトから前記出力シャフトまでの力の伝達が、並進的に動かされる歯付きピン（３３２、３４２）によって実施され、前記歯付きピン（３３２、３４２）の並進方向が、望ましくは、前記入力シャフト及び／又は前記出力シャフトを基準にした半径方向になるように調整されていることを特徴とする、及び／又は、
前記ギアボックス（３０５）が前記ギアボックス段（４３０、４４０）毎に１０から１００までのギアリングを有していることを特徴とする、請求項１〜５の少なくとも一項に記載のナセル（１０５）。
【請求項７】
前記遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブがブレーキ（３２０、４２０）を備えており、前記ブレーキ（３２０、４２０）が、望ましくは前記ギアボックス（３０５）の固定リングギア（３５０）に配置されており、及び／又は、前記ギアボックスのシャフトを加速するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜６の少なくとも一項に記載のナセル（１０５）。
【請求項８】
風力発電設備（１００）用の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備用のロータ（１０６)であって、ロータハブ（１１２）と少なくとも１つのロータブレード（１０８）とを備えており、更に、ロータブレード調節用に使用される少なくとも１つのピッチドライブ（１２０）を備えており、前記少なくとも１つのピッチドライブが遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブとして構成されている、前記ロータ（１０６）。
【請求項９】
前記遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが、１つのギアボックス段（４３０、４４０）を有するギアボックスを備えていることを特徴とする、請求項８に記載のロータ（１０６）。
【請求項１０】
前記ギアボックスが、前記ギアボックス段（４３０、４４０）毎に、１０から２５０まで、特に１５０から２５０までのギアリングを有していることを特徴とする、及び／又は、
前記遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが、ブレーキ（３２０、４２０）、特に保持ブレーキを備えており、前記ブレーキ（３２０、４２０）が、望ましくは、前記ギアボックス（３０５）の固定リングギア（３５０）に配置されており、及び／又は、前記ギアボックスのシャフトを加速するように構成されていることを特徴とする、及び／又は、
前記ギアボックスが、歯付きピンギアボックス（３０５）として構成されており、望ましくは、複数の可動歯付きピン（３３２、３４２）を備えており、及び／又は、更に望ましくは、１つ、２つ又は複数のエレベーションを有するプロファイルドディスク（３３４、３４４）として構成されているドライブ構成要素を備えていることを特徴とする、請求項８〜９の少なくとも一項に記載のロータ（１０６）。
【請求項１１】
前記ギアボックス（３０５）が入力シャフトと出力シャフトとを備えており、前記入力シャフトから前記出力シャフトまでの力の伝達が、並進的に動かされる歯付きピン（３３２、３４２）によって実施され、前記歯付きピン（３３２、３４２）の並進方向が、望ましくは、前記入力シャフト及び／又は前記出力シャフトを基準にした半径方向になるように調整されていることを特徴とする、請求項８〜１０の少なくとも一項に記載のロータ（１０６）。
【請求項１２】
風力発電設備（１００）、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備であって、タワー（１０２）と、該タワーの上側端部に配置されたナセル（１０５）と、ロータ（１０６）とを備えており、前記ナセルが請求項１〜７の少なくとも一項に記載のナセルであり、及び／又は、前記ロータが請求項８〜１１の少なくとも一項に記載のロータである、前記風力発電設備。
【請求項１３】
特に歯付きピンギアボックス（３０５）を備えた遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを、風力発電設備（１００）の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のロータ（１０６)のロータブレード（１０８）のロータブレード調節のためのピッチドライブ（１２０）として、及び／又は、風力発電設備の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のナセル（１０５）の風向き追跡のためのアジマスドライブ（２２０、２３０、３００、４０１）として、使用すること。
【請求項１４】
風力発電設備（１００）の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のナセル（１０５）の風向き追跡のための方法であって、
請求項１〜７の少なくとも一項に記載のナセルを設けるステップと、
少なくとも１つの遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを動作させるステップと、
スプロケット（２２６、２３６、３６０、４６０）を駆動して、前記ナセルを、前記ナセルの回転軸を中心にして、回転させるステップと、
を備えた、前記方法。
【請求項１５】
風力発電設備（１００）の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のロータ（１０６)のロータブレード（１０８）のロータブレード調節のための方法であって、
請求項８〜１１の少なくとも一項に記載のロータ（１０６)を設けるステップと、
少なくとも１つの遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを動作させるステップと、
スプロケット（２２６、２３６、３６０、４６０）を駆動して、ロータブレードを、長手方向軸を中心にして、回転させるステップと、
を備えた、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備用のナセルと、風力発電設備用のロータと、風力発電設備と、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの使用と、ナセルの風向き追跡のための方法と、ロータのロータブレードのロータブレード調節のための方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備は、風のエネルギを電力に変換する。風力発電設備の主流の構造様式はトリプルブレード風力発電設備であり、これは、水平方向のロータシャフトと動作時に風上側に在るロータとを備えており、該風力発電設備のナセルがタワーに配置されており、風向きを能動的に追跡する。ナセルのこの能動的な追跡は、風向きに従って、一般的にアジマスドライブによって実施される。更に、風力発電設備のロータブレードは、望ましくは、該ロータブレードの長手方向軸を中心にして回転させることができ、これは、該ロータブレードが、回転可能に取り付けられており、所謂ピッチドライブによって回転させることができるからである。現在の卓越風の風向きに対するロータブレードの迎え角は、上述の回転によって修正でき、従って、ロータブレードの出力は能動的に制御できる。風力発電設備の回転速度は、迎え角によって顕著に影響され得る。
【０００３】
風力発電設備の性能とコストを向上させるために、風力発電設備が益々より大きい構造様式及び／又はより高い公称出力を有する傾向が見られる。このより大きい構造様式は、特に、ロータの直径及び／又は風力発電設備のハブの高さに関係している。一般的に、より小さい構造様式の場合に比べて、より大きい力が、より大きい外形寸法によって、特にロータのより大きい外形寸法によって、生じる。上述のより大きい力は、例えば、風力発電設備のドライブトレイン（drivetrain）に作用する。ドライブトレインの構成部分は、一般的に、より大きい応力がかかるドライブトレインのために、より大きく、及び／又は、より強固になるように構成される。この結果として、一般的に、風力発電設備の大多数のドライブトレイン構成部分は、非常に重い重量及び／又は広いスペース要件を有している。この結果として、例えば、ゴンドラ及び／又はナセルの寸法がそれに応じて大きくなり、従って、風力発電設備の構造的な構成部分も大きい重力によって影響を受けることになる。
【０００４】
上述の大きい静的な力とは別に、風力発電設備に、及び／又は、風力発電設備の個々の構成部分に作用する動的な力が、特に、より大きい構造様式によって、及び／又は、風力発電設備のより高い公称出力によって、同様に増大し得ることに留意すべきである。機能及び安全性を保証するために、風力発電設備の多数の構成部分が、増大する静的及び動的な力のために、より大きくなるように寸法付けられることが増えている。従って、コストも増大し、そして、修理不可能なダメージのリスクも増大する。更に、そのようなサイズの風力発電設備の構成部分の組み立てとメンテナンスとは、より小さい風力発電設備の場合に比べて、著しくより高度な複雑さを伴う。従って、大きい風力発電設備の場合におけるコストは、不釣り合いに増大し得る。このような装置を動作させるための既存の装置と方法とは、実際に種々の利点を提供しているが、更なる改良が望まれる。
【０００５】
独国特許商標庁は、本出願に関する優先権出願において、次の先行技術文献を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許明細書(二次公報)１９９２０５０４Ｃ２
【特許文献２】独国特許(二次公報) １０  ２００８  ０１３ ８６４Ｂ４
【特許文献３】独国公開特許 (一次公報) １０  ２０１３  ２０６ ８７８Ａ１
【特許文献４】独国公開特許 (一次公報) １０  ２０１３  ２０７ ３２２Ａ１
【特許文献５】独国実用新案２０  ２００７  ００９ ６６０Ｕ１
【特許文献６】独国実用新案２０  ２００８  ０１０ ７４８Ｕ１
【特許文献７】欧州登録特許１  ６５０ ４３１Ｂ１
【特許文献８】欧州公開特許２  ９１５ ９９９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の１つの目的は、上述の欠点のうちの１つ又は複数の欠点を最小限にする、あるいは、解消する解決手段を供給することである。特に、本発明の１つの目的は、風力発電設備の重量が最適化された、及び／又は、スペースが最適化された構造様式を提供する解決手段を提供することである。更に、本発明の１つの目的は、風力発電設備の改良型の組み立て及び／又はメンテナンスを可能にする解決手段を提供することである。更にまた、本発明の１つの目的は、より優れた費用対効果での風力発電設備の提供を可能にする解決手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に従えば、その目的は、風力発電設備用の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備用のナセルであって、このナセルの風向き追跡のために使用され、且つ、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブとして構成されている少なくとも１つのアジマスドライブを備えたナセルによって達成される。
【０００９】
風力発電設備は、現在、特に水平軸の風力発電設備であると理解されており、これは、特に、特徴として、ロータが、動作時に、地表を基準にして実質的に鉛直であるように方向付けられた領域をスイープし、実質的に水平方向のアラインメントを有するロータ軸を備えている。このような風力発電設備は、水平軸型風力発電設備とも呼ばれている。更に、風力発電設備は、特に、５００ｋＷよりも高い、及び／又は、１０００ｋＷよりも高い、及び／又は、１５００ｋＷよりも高い、及び／又は、２０００ｋＷよりも高い、及び／又は、２５００ｋＷよりも高い、及び／又は、３０００ｋＷよりも高い、及び／又は、３５００ｋＷよりも高い、及び／又は、４０００ｋＷよりも高い、及び／又は、４５００ｋＷよりも高い、及び／又は、５０００ｋＷよりも高い、及び／又は、５５００ｋＷよりも高い、及び／又は、６０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備であると理解されている。
【００１０】
ナセルは、動作時に、風力発電設備のタワーのタワー最上端部に配置されていることが望ましい。このタワーのタワー最上端部とは、動作時に、タワーの土台から遠ざかる方向に向いたタワーの端部である。ナセルは、本質的に、ロータシャフト、ロータシャフトブレーキ、マシン支持体、発電機、及び／又は、オプションとして、ギアボックス及びクラッチを備えていることが望ましい。ギアボックスとこれに関連付けられたクラッチとは、一般的に、直接の駆動を有しておらず、トランスミッションが設けられているような風力発電設備の場合においてのみ、設けられている。ナセルは、更に、アジマスドライブの構成部分を備えることができ、例えば、モータ及び／又は１つ、２つ又は複数のギアボックス段が配置され得る。
【００１１】
ナセルは、軸を中心にして回転可能であるようにタワーに配置されていることが望ましい。更に、ナセルは、タワーの実質的に鉛直方向の長手方向軸を中心にして、あるいは、この長手方向軸と平行な軸を中心にして、回転させることができ、従って、実質的に水平方向の平面内において回転させることができることが望ましい。この目的のために、ナセルは、一般的に、ローラベアリング（roller bearing）及び／又はフリクションベアリング（friction bearing）を介してタワーのタワー最上端部に取り付けられている。タワーは、更に、タワー最上端部において、一般的に内側歯部及び／又は外側歯部を備えた円形構成要素として構成されたリングマウントを一般的に備えている。アジマスドライブは、一般的に、スプロケットを介して、このリングマウントに係合しており、従って、タワーの軸を中心とするナセルの回転は、このリングマウントにおけるスプロケットを回転させることによって、可能になる。
【００１２】
本発明は、特に、風力発電設備のより高い公称出力が推進され、その結果として、殆どの場合に風力発電設備の構造様式がより大きくなり、その結果として、より大きい負荷を、要件に従って、動かすことができるように、アジマスドライブが、同様に、より大きい設備サイズを必要とする、あるいは、より多くのアジマスドライブが必要になるという考えに基づいている。従って、アジマスドライブの設備サイズがより大きくなれば、その結果として、スペース要件もより広くなる。アジマスドライブのサイズは、特に、ナセルの設備サイズにも影響を及ぼす。それにもかかわらず、アジマスドライブは、機能的な観点から見て、タワー上で数トンの重量を有するナセルを回転させることができるように設計される必要がある。この結果として、特に、アジマスドライブは、それ自体、重い重量を有し、且つ、大きい構造様式を呈する。例えば、アジマスドライブは、回転軸の方向に１.３メートルの広がりを呈し得る。この広がりに関する低減を、構造的な対策によって、実現することは既に可能になっており、その一方で、従来の遊星ギアボックスを用いてこの広がりを低減できる別の可能性は無いか、あるいは、有ったとしても、高度な複雑さを伴うと考えられる。
【００１３】
本発明に従う解決手段は、特に、アジマスドライブの重量及びサイズの低減を可能にし、従って、ナセルの重量及びサイズの低減も可能にする。本発明は、更に、アジマスドライブにおいて現在使用されている遊星ギアボックスは、上述の要件を満たさないことが多いという考えに基づいている。現在に至るまで、遊星ギアボックスが、特に大規模な風力発電設備の場合に、主として使用されているが、その代わりの手段を見つけることによって、多数の利点が実現され得る。
【００１４】
本発明に従えば、これは、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが風力発電設備の少なくとも１つのアジマスドライブに使用されることによって、実現される。
【００１５】
アジマスドライブは、一般的に、モータとギアボックスとスプロケットとを備えており、このスプロケットは、タワーのタワー最上端部において歯部と、特にリングマウントと係合している。ギアボックスは、特に、モータの出力運動を、低い回転速度と大きいトルクとを有する運動に、変換する働きをして、この運動によってスプロケットが駆動される。アジマスドライブ用のギアボックスを実施するために、遊星ギアボックスの１つのギアボックス段の最大ギアリング比に起因して、複数の遊星ギアボックスが互いに前後に配置されることが望ましい。３つ又はそれより多くの遊星ギアボックス段が、所要のギアリングを実施するように設けられることが望ましい。
【００１６】
遊星ギアボックスは、回転式ギアボックス（revolving gearbox）とも呼ばれており、望ましくは、少なくとも１つの入力シャフトと１つの出力シャフト、並びに、回転軸を備えたギアボックスであると理解されている。遊星ギアボックスは、一般的に、中央に配置された太陽ギアとこの太陽ギアから半径方向に離間されたリングギアとを備えており、この太陽ギアと同軸になるように配置されている。リングギアは、更に、内側歯部を備えていることが望ましい。太陽ギアとリングギアとの間の半径方向の間隔は、少なくとも１つの、望ましくは外側に歯が付けられた回転ギアによってブリッジされており、この回転ギアは、噛み合い時に、太陽ギアとリングギアとに接触して摩擦及び／又はローリング運動を行う。この少なくとも１つの回転ギアは、一般的に、回転軸に配置されている。遊星ギアボックスは、特に、入力シャフトと出力シャフトとを備えており、これらの入力シャフトと出力シャフトとが、少なくとも１つの回転する回転ギアを介して、互いに結合されている点で区別される。その代わりに、遊星ギアボックスは、歯部を備えていないトランスミッション構成要素を備えることもできる。基本的には、遊星ギアボックスの場合における力の伝達は、例えば、接着力によっても可能である。
【００１７】
従って、特に、よりコンパクトなアジマスドライブを提供するために、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを提供する。更に、特別に、アジマスドライブ用に設けられたアジマスユニットが、多くの風力発電設備において配置されている。アジマスユニットは、シャフト部分として構成されており、タワーとナセルとの間に配置されていることが望ましい。アジマスユニットは、一般的に、ナセルの一部分であり、このナセルに対して、回転について固定的に、接続されていることが望ましい。このタイプのアジマスユニットは、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを用いることによって、オプションとして、もはや必要ないか、あるいは、必要であっても、それは、サイズが低減された構造様式の場合のみである。
【００１８】
遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、更に、ギアボックス段毎に、例えば、２５０〜３５０の範囲又は１０〜１００の範囲における非常に高いギアリングを可能にし、その結果として、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが必要とするギアボックス段の数はより少ない。従って、このタイプの用途に使用される遊星ギアボックスによって実現される最大限のギアリングが一般的に４〜８又は４〜１０であるから、設備サイズを低減できる。遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの使用によって、ギアボックスの、特に回転軸に対して垂直な広がりは、２０％よりも多く低減できる。従って、１５５ｃｍよりも長い、及び／又は、１８５ｃｍよりも長い、及び／又は、２２１ｃｍよりも長い現在の構造の長さを大幅に低減できる。
【００１９】
非遊星ギアボックスを備えた遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブによって、アジマスドライブにおいて、より高い出力密度、及び／又は、より高い負荷耐久性能、及び／又は、より高いねじり剛性、及び／又は、より高い負荷耐久性能を実現できる。更に、このギアボックスは、より少ない遊びを有することができ、更に、大きいトルクの伝達に適している。更に、この遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、設計におけるより高い自由度と、構造的な構成部分の最適化とを可能にする。更に、この遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、一般的に、より軽い重量を呈し、その結果として、組み立て及び／又はメンテナンスに関して、取り扱いがより簡単である。更に、必要であれば、モータのブレーキを第１のギアボックス段内に、又は、その前に設けることができ、その結果として、別のスペース要件を低減できる。更に、必要とするアジマスドライブの数は、オプションとして低減できる。
【００２０】
ナセルの実施形態の１つの望ましい異形態において、少なくとも１つのアジマスドライブがナセルのマシン支持体に配置されていることが規定される。この少なくとも１つのアジマスドライブをナセルのマシン支持体に配置することによって、望ましくは、この少なくとも１つのアジマスドライブがタワー最上部に配置されないこと、あるいは、そのほんの一部分のみがタワー最上部に配置されることが保証される。従って、実質的にアジマスドライブの設置用に設けられるアジマスユニットは、必要ないか、あるいは、必要であっても、それは、サイズの低減された構造様式の場合のみである。上述の配置は、特に、この少なくとも１つのアジマスドライブが実質的にタワー内に無いように配置され、それにも拘らず、アジマスドライブの個々の構成部分がタワー内に突き出ることもあり得るという意味であると理解されたい。これは、例えば、タワー内にリングマウントを配置することによって、あり得るが、その理由は、この場合には、アジマスドライブに関連付けられたスプロケットがタワー内に突き出ることもあり得るからである。しかしながら、このドライブ自体、及び、このアジマスドライブの大多数のその他の構成部分は、ナセル内に配置されており、従って、タワー内には配置されていないことが望ましい。
【００２１】
ナセルの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、少なくとも１つのアジマスドライブがナセルのマシン支持体のキャビティ内に部分的に又は完全に配置されていることが規定される。マシン支持体は、管状構成要素として構成できる。このマシン支持体は、望ましくは、開口として構成された２つのエントリを備えており、これらのエントリの通過方向は、望ましくは、互いに平行にならないように配置されている。更に正確に述べると、これらの開口の通過方向は、実質的に互いに垂直になるように配置できる。
【００２２】
この配置によって、第１の開口を備えたマシン支持体がタワー上で回転可能になるように配置でき、従って、組み立てられた状態において、第１の開口の通過方向が鉛直方向であることが保証される。このタイプのマシン支持体は、更に、第１の開口の通過方向に対して垂直である通過方向を有する第２の開口を備えており、この通過方向は、動作時に、水平方向になるように調整されている。水平方向になるように調整されたロータシャフトが、マシン支持体の、第２の開口を備えた部分と同軸に配置できる。このタイプのマシン支持体は一般的にコンパクトな構成部分であり、遊星ギアボックスを備えた既存の電気アクチュエータドライブが有する構造様式は、一般的に大き過ぎて、このタイプのマシン支持体内には配置できない。少なくとも１つのアジマスドライブを構成するこの遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブによって、このアジマスドライブが、今後、このように構成されたマシン支持体内に使用される可能性がある。このアジマスドライブをこのマシン支持体のキャビティ内に配置することによって、風力発電設備のその他の構成部分用に利用できるか、あるいは、ゴンドラのサイズを低減するのに使用できるスペースをマシン支持体の周囲に確保できる。
【００２３】
ナセルの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、マシン支持体のキャビティが少なくとも１つのアジマスドライブ用の筐体として構成されていることが規定される。少なくとも１つのアジマスドライブをマシン支持体のキャビティ内に配置することによって、今後、アジマスドライブ自体が筐体を持たない可能性があり、その理由は、アジマスドライブをマシン支持体のキャビティ内に配置することによって、周りの干渉構成要素からの最大限の遮蔽が保証され得るからである。その結果として、重量を節減でき、そして、アジマスドライブの設備サイズも低減できる。
【００２４】
ナセルの実施形態の１つの別の異形態に従えば、少なくとも１つのアジマスドライブの遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが１つのギアボックス段又は２つのギアボックス段を有するギアボックスを備えていることが規定される。一般的に、通常使用されている遊星ギアボックスは、一般的に高いモータ回転速度を、整備されたギアリングによって、低いスプロケット回転速度に変換するために、複数のギアボックス段を備えている。アジマスドライブ内におけるモータの回転速度は、例えば、毎分９００〜３６００回転の範囲内とすることができる。他方、ゴンドラの回転速度は、一般的に、僅か毎秒０.２５〜１度である。アジマスドライブの出力スプロケットから風力発電設備のリングギアまでのギアリングは、例えば９〜１３の範囲又は９〜１５の範囲内とすることができ、このギアリングは、一般的に、特に、公称出力、及び／又は、ロータのサイズ又は直径に依存すると考えられている。
【００２５】
遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの設置によって、その結果としての、従って遊星ギアボックスではない又はそれを含まない非遊星ギアボックスの配置によって、所要のギアボックス段の数を１つのギアボックス段又は２つのギアボックス段に低減できる。重量に関する顕著な節減とは別に、このタイプのギアボックス段の低減によって、ギアボックスの摩損し易さが更に低減される。更に、他方では、各々のギアボックス段は、一般的に、ギアボックス内に遊びを生じさせ、これは、ギアボックスの性能と耐用寿命とに悪影響を及ぼすので、本発明に従う遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、不具合の生じ易さに関しても改良をもたらす。
【００２６】
ナセルの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、ギアボックスが、歯付きピンギアボックスとして構成されており、望ましくは、複数の可動歯付きピンを備えており、及び／又は、更に望ましくは、１つ、２つ又は複数のエレベーションを有するプロファイルドディスクとして構成されたドライブ構成要素を備えていることが規定される。特に望ましくは、この歯付きピンギアボックスは、固定リングギアと、この固定リングギア内の回転可能リングギアと、この回転可能リングギア内の非円形プロファイルドディスクとを備えており、これらのリングギアとプロファイルドディスクとは、望ましくは、同軸になるように配置されている。このプロファイルドディスクは、更に望ましくは、モータによって駆動可能である。更に、回転可能リングギアは、接線方向においてこの回転可能リングギアに力を伝達する１つ、２つ又は複数の歯付きピンを備えている。
【００２７】
ナセルの実施形態の１つの望ましい別の異形態に従えば、ギアボックスが入力シャフトと出力シャフトとを備えており、入力シャフトから出力シャフトまでの力の伝達が、並進的に動かされる歯付きピンによって実施され、これらの歯付きピンの並進方向が、望ましくは、入力シャフト及び／又は出力シャフトを基準にした半径方向になるように調整されていることが規定される。
【００２８】
モータは、望ましくは、プロファイルドディスクを回転駆動し、歯付きピンは、プロファイルドディスクの外周面に、半径方向に配置されている。更に、歯付きピンは、円周方向において、従って、接線方向において、回転可能リングギアに接続されており、プロファイルドディスクは、このリングギア内で同軸になるように配置されている。他方において、回転可能リングギアは、内側歯部を備えた固定リングギア内において、この固定リングギアと直接接触せずに、同軸になるように配置されている。回転可能リングギアと固定リングギアとの接触は、歯付きピンを介して間接的に実施される。非円形プロファイルドディスクを介して、歯付きピンを半径方向に連続的に移動させることによって、及び、それに対応する歯付きピンの配置と固定リングギア内における歯部の構成とによって、固定リングギア内の回転可能リングギアを、特に接線方向の力によって、駆動できる。この接線方向の力は歯付きピンによって回転可能リングギアに伝えられ、そしてまた、歯付きピンにおける接線方向の力は剪断力によって作り出される。この剪断力は、固定リングギアの歯部クリアランスに対する歯付きピンの非集中的な係合を介して作り出される。遊星ギアボックスの無いアクチュエータドライブの第１のギアボックス段をこのようにして実施できる。また、回転可能リングギアを別の望ましくは内側のプロファイルドディスクに結合することによって、別のギアボックス段を実施でき、この別のプロファイルドディスクは、同様に、歯付きピンを介して固定リングギア内の別の回転可能リングギアを駆動する。
【００２９】
ナセルの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、ギアボックスがギアボックス段毎に１０から１００までのギアリングを有していることが規定される。特に望ましくは、このギアリングは、２０〜９０及び／又は３０〜８０及び／又は４０〜７０及び／又は８０〜１００及び／又は１０〜３０及び／又は１０〜２０及び／又は１０〜１５及び／又は１５〜３０及び／又は１５〜２０である。
【００３０】
ナセルの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブがブレーキを備えており、このブレーキが、望ましくはギアボックスの固定リングギアに配置されており、且つ、ギアボックスのシャフトを加速するように構成されていることが規定される。ブレーキと繋がっているブレーキディスクが、望ましくは、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブのシャフトに配置されており、且つ、特に望ましくは、モータと第１のギアボックス段との間に配置されている。上述の加速は、ブレーキがギアボックスのシャフトの回転速度を減速できるように負の加速になるように構成されていることが望ましい。このブレーキは、特に、偏揺れ角における非常に僅かなずれの場合において風に面するようにゴンドラを保持するように、保持ブレーキとして、構成されている。偏揺れ角におけるずれは、特に、現在の風向きとゴンドラが現在位置合わせされている風向きとの差分である。例えばプラス／マイナス１０度である既定のずれについては、ゴンドラは、保持ブレーキによってタワーに対して固定されており、風を連続的に追跡しないことが望ましい。
【００３１】
本発明の１つの別の態様に従えば、冒頭で述べた目的は、風力発電設備用の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備用のロータであって、ロータハブと少なくとも１つのロータブレードとを備えており、更に、ロータブレード調節用に使用される少なくとも１つのピッチドライブを備えており、この少なくとも１つのピッチドライブが遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブとして構成されている、ロータによって、達成される。このタイプのロータは、特に、５００ｋＷよりも高い、及び／又は、１０００ｋＷよりも高い、及び／又は、１５００ｋＷよりも高い、及び／又は、２０００ｋＷよりも高い、及び／又は、２５００ｋＷよりも高い、及び／又は、３０００ｋＷよりも高い、及び／又は、３５００ｋＷよりも高い、及び／又は、４０００ｋＷよりも高い、及び／又は、４５００ｋＷよりも高い、及び／又は、５０００ｋＷよりも高い、及び／又は、５５００ｋＷよりも高い、及び／又は、６０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備用に構成されている。
【００３２】
このロータはロータハブを備えており、このロータハブは、１つ、２つ又は複数のロータブレードをこのロータハブに配置できるように、配置されて構成されている。３つのロータブレードをこのロータハブに配置することが特に望ましい。このロータは、更に、ロータブレードの調節用に少なくとも１つのピッチドライブを備えている。このピッチドライブは、ロータハブに配置された１つ、２つ又は複数のロータブレードを、それぞれのロータブレードの長手方向軸を中心にして、調節するように、配置されて構成されていることが望ましい。各々のロータブレードについて、ロータブレード調節用の１つ、２つ又は複数の個別のピッチドライブを配置することが特に望ましい。このピッチドライブは、本発明に従って遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブとして構成されており、従って、このピッチドライブは、ギアボックスを備えたアクチュエータドライブから成り、このギアボックスは、非遊星ギアボックスとして構成されており、従って、遊星ギアボックスではなく、あるいは、遊星ギアボックスを含んでいない。遊星ギアボックスの定義については、本発明の第１の態様に関する先の説明を参照されたい。
【００３３】
本発明は、更に、構成部分の重量及び／又は機能グループの重量についての低減によって多数の利点が得られるという考えに基づいている。ロータは、一般的に、風力発電設備の可動構成部分であり、従って可動質量である。技術的なシステムの場合、一般的に、この可動質量を低減することが目的であり、その理由は、可動質量は振動を生じさせ、この振動は、一方では、一般的にバランスを取る必要があり、他方では、結果的に、その他の可動及び／又は非可動構成部分に力を伝えるからである。加速によって、可動質量を介して、その他の非可動構成部分からよりも、より大きい力が、特に、その他の構成部分に伝えられる。従って、個々の構成部分の構造様式は理想的にコンパクトであることが望ましい。ピッチドライブ自体及び／又はロータハブは、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブをピッチドライブとして設置することによって、より小さくなるように構成でき、この遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、通常のアクチュエータドライブよりも顕著に小さい設備サイズを有しており、従って、ゴンドラ全体を、オプションとして、より小さくなるように構成できる。
【００３４】
非遊星ギアボックスを備えた遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブによって、ピッチドライブにおいてより高い出力密度、及び／又は、より高い負荷耐久性能、及び／又は、より高いねじり剛性、及び／又は、より高い負荷耐久性能を実現できる。更に、このギアボックスは、より少ない遊びを有することができ、更に、大きいトルクの伝達に適している。更に、この遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、設計におけるより高い自由度と、構造的な構成部分の最適化とを可能にする。更に、この遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブは、一般的に、より軽い重量を呈し、その結果として、組み立て及び／又はメンテナンスに関して、取り扱いがより簡単である。更に、必要であれば、モータのブレーキを第１のギアボックス段内に、又は、その前に設けることができ、その結果として、スペース要件を更に低減できる。更に、オプションとして、ブレード毎のピッチドライブの数を低減でき、その理由は、このピッチドライブがより高い出力密度を有しているからである。これは、大きいロータブレードの場合に、特に重要である。この低減によって、構造に関する労力が軽減されるだけではなく、コストも最小化できる。更に、このタイプの高出力ピッチドライブを用いることによって、第一に、更により大きいロータブレードが可能になる点で、このタイプのピッチドライブは、技術的に実行可能なものの範囲を広げることができる。
【００３５】
ロータの実施形態の１つの望ましい異形態に従えば、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブが、１つのギアボックス段を有するギアボックスを備えていることが規定される。ロータブレード調節用の電気アクチュエータドライブの従来のギアボックス、特に、遊星ギアボックスは、モータからスプロケットまでの所要のギアリングを提供するために、一般的に２つ又はそれよりも多くのギアボックス段を備えている。しかしながら、本発明に従う遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブによって、所要のギアリングは単一のギアボックス段を用いて提供でき、従って、使用されるギアボックスは、外形寸法がよりコンパクトであり、且つ、重量がより軽い。更に、より少ないギアボックス段を有するギアボックスは、その特徴として、摩損がより少なく、且つ、特に、遊びがより少ないので、ここでは、別の利点が得られる。
【００３６】
ピッチドライブにおけるモータの回転速度は、例えば、毎分９００〜３６００回転の範囲内とすることができる。ロータブレードの回転速度又は調節速度は、一般的に、望ましくは毎秒２〜６度であるが、例えば緊急時には、例えば毎秒最高１２度にすることができる。ピッチドライブの出力スプロケットから風力発電設備のリングギアまでのギアリングは、例えば、１８０〜２５０の範囲内とすることができ、このギアリングは、一般的に、特に、ロータの公称出力、及び／又は、サイズ又は直径に依存すると考えられている。
【００３７】
ロータの実施形態の１つの望ましい別の異形態に従えば、ギアボックスが、ギアボックス段毎に、１０から２５０までのギアリングを有していることが規定される。特に望ましくは、このギアリングは、２０〜２００及び／又は３０〜１５０及び／又は４０〜１２０及び／又は１５０〜２５０及び／又は１００〜２５０及び／又は１０〜３０及び／又は１０〜２０及び／又は１０〜１５及び／又は１５〜３０及び／又は１５〜２０である。
ロータの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブがブレーキを備えており、このブレーキが、望ましくは、ギアボックスの固定リングギアに配置されており、及び／又は、ギアボックスのシャフトを加速するように構成されていることが規定される。
【００３８】
ロータの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、ギアボックスが、歯付きピンギアボックスとして構成されており、望ましくは、複数の可動歯付きピンを備えており、及び／又は、更に望ましくは、１つ、２つ又は複数のエレベーションを有するプロファイルドディスクとして構成されているドライブ構成要素を備えていることが規定される。特に望ましくは、この歯付きピンギアボックスは、固定リングギアと、この固定リングギア内の回転可能リングギアと、この回転可能リングギア内の非円形プロファイルドディスクとを備えており、これらのリングギアとプロファイルドディスクとは、望ましくは、同軸になるように配置されている。このプロファイルドディスクは、更に望ましくは、モータによって駆動可能である。更に、回転可能リングギアは、接線方向においてこの回転可能リングギアに力を伝達する１つ、２つ又は複数の歯付きピンを備えている。
【００３９】
ロータの実施形態の１つの特に望ましい別の異形態に従えば、ギアボックスが入力シャフトと出力シャフトとを備えており、入力シャフトから出力シャフトまでの力の伝達が、並進的に動かされる歯付きピンによって実施され、これらの歯付きピンの並進方向が、望ましくは、入力シャフト及び／又は出力シャフトを基準にした半径方向になるように調整されていることが規定される。歯付きピンは、望ましくは、プロファイルドディスクによって半径方向に駆動可能であるように配置されており、更に、円周方向において回転可能リングギアに結合されており、更に、係合端部を介して固定リングギアの内側歯部と係合できるように配置されている。
【００４０】
ロータ、特に、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの別の利点と、実施形態の異形態と、実施形態の詳細事項と、それらの潜在的な改良形態とに関しては、ナセル、特に、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの対応する特徴及び改良形態に関する先の説明も参照されたい。
【００４１】
本発明の１つの別の態様に従えば、冒頭で述べた目的は、風力発電設備、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備であって、タワーと該タワーの上側端部に配置されたナセルとロータとを備えており、このナセルが上述の実施形態の異形態の少なくとも１つに従うナセルであり、及び／又は、このロータが上述の実施形態の異形態の少なくとも１つに従うロータである、風力発電設備によって達成される。このタイプの風力発電設備は、ピッチドライブ及び／又はアジマスドライブがコンパクトな構造様式を有することによって、特徴付けられる。そのために、ロータハブ及び／又はマシン支持体及び／又はタワー最上端部及び／又はゴンドラが、例えば、よりコンパクトになるように設計できる。更に、これらを取り囲む構成部分を、改善された態様で、設計又は配置できる。
【００４２】
更に、ピッチドライブにおける及び／又はアジマスドライブにおけるギアボックス段の数が低減されるので、本発明に従う風力発電設備は、故障し易さが低減されることによって、特徴付けられ得る。更に、風力発電設備の組み立てとメンテナンスとが簡略化される。更にまた、非遊星ギアボックスを備えた遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブによって、上述の如く、ピッチドライブ及び／又はアジマスドライブにおいて、より高い出力密度、及び／又は、より高い負荷耐久性能、及び／又は、より高いねじり剛性を実現できる。更に、このギアボックスは、より少ない遊びを有するように、更に、大きいトルクの伝達に適するように設けることができる。
【００４３】
本発明の１つの別の態様に従えば、冒頭で述べた目的は、特に歯付きピンギアボックスを備えた遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを、風力発電設備の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のロータのロータブレードのロータブレード調節のためのピッチドライブとして、及び／又は、風力発電設備の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のナセルの風向き追跡のためのアジマスドライブとして、使用することによって達成される。
【００４４】
本発明の１つの別の態様に従えば、冒頭で述べた目的は、風力発電設備の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のナセルの風向き追跡のための方法であって、実施形態の上述の異形態の少なくとも１つに従うナセルを設けるステップと、少なくとも１つの遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを動作させるステップと、スプロケットを駆動して、ナセルを、ナセルの望ましくは鉛直方向の回転軸を中心にして、回転させるステップと、を備えた、方法によって達成される。
【００４５】
本発明の１つの別の態様に従えば、冒頭で述べた目的は、風力発電設備の、特に、３０００ｋＷよりも高い公称出力を有する風力発電設備のロータのロータブレードのロータブレード調節のための方法であって、実施形態の上述の異形態の少なくとも１つに従うロータを設けるステップと、少なくとも１つの遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブを動作させるステップと、スプロケットを駆動して、ロータブレードを、長手方向軸を中心にして、回転させるステップと、を備えた、方法によって達成される。
【００４６】
本発明に従う方法とそれらの潜在的な改良形態とは、各々、特徴と方法ステップとを備えており、これらの特徴と方法ステップとによって、これらの方法は、本発明に従うナセルにおける、及び／又は、本発明に従うロータにおける、及び、それらのそれぞれの改良形態における使用に特に適したものとなる。上述の別の態様の別の利点と、実施形態の異形態と、実施形態の詳細事項と、それらの潜在的な改良形態とに関しては、ナセル及び／又はロータの対応する特徴及び改良形態に関する先の説明も参照されたい。
【００４７】
以下、添付図面を用いて、本発明の望ましい実施形態を代表的な態様で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】風力発電設備の概略的な図を示す図である。
【図２】従来技術において周知の風力発電設備の一部分の概略的な３次元の破断図を示す図である。
【図３ａ】従来技術において周知のアジマスドライブを備えたアジマスユニットの一部分の概略的な２次元の断面図を示す図である。
【図３ｂ】遊星ギアボックスの無い電気アジマスドライブを備えた、本発明に従うアジマスユニットの一部分の代表的な実施形態の概略的な２次元の断面図を示す図である。
【図４】遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの代表的な一実施形態の側面視による断面図を示す図である。
【図５】マシン支持体の代表的な一実施形態の概略的な２次元の断面の説明図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
同一の構成要素、又は、実質的に機能的に同一か、あるいは、機能的に類似している構成要素は、図面では、同じ参照符号によって識別される。図１は、風力発電設備の代表的な一実施形態の概略的な図を示している。図１は、特に、タワー１０２とゴンドラ１０４とを備えた風力発電設備１００を示している。３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを備えたロータ１０６が、ゴンドラ１０４に配置されている。ロータ１０６は、動作時に、風によって回転運動させられ、それによって、ゴンドラ１０４内の発電機を駆動する。図１に従う風力発電設備１００は、本発明に従うナセル及び／又は本発明に従うロータを備えていることが望ましい。
【００５０】
図２は、従来技術において周知の風力発電設備の一部分の概略的な３次元の破断図を示している。図２は、特に、ナセル１０５を備えたゴンドラ１０４を示しており、ロータ１０６がゴンドラ１０４に配置されている。ロータ１０６は、ロータハブ１１２に配置された合計３つのロータブレード１０８を備えている。ロータブレードは、この例では、長手方向軸を中心にして回転可能であるように配置されている。ロータブレードの、その長手方向軸を中心にした回転は、ピッチドライブによって可能になる。発電機１１４が、ロータハブ１１２に対して回転について固定的に接続されたアクスルジャーナル（axle journal）に配置されており、発電機ロータ１１４２が、特に、シャフトに対して回転について固定的に接続されている。発電機ステータ１１４１がリング状に構成されており、発電機ロータ１１４２が、発電機ステータ１１４１内で、これに対して同軸に、回転する。ロータ１０６を備えたゴンドラ１０４は、タワー１０２に回転可能に配置されている。タワー１０２とゴンドラ１０４との間に、管状構成要素として配置されたアジマスユニット（azimuth unit）１３０が、タワー１０２に面したゴンドラ１０４の領域に配置されている。アジマスユニット１３０は、望ましくは、回転について固定的にゴンドラ１０４に配置されており、更に望ましくは、マシン支持体にも配置されており、従って、更に望ましくは、ナセル１０５の構成部分である。更に、アジマスユニット１３０は中心軸を有しており、この中心軸は、風力発電設備の動作状態において、タワー１０２の中心軸と実質的に同軸となるように、配置されている。
【００５１】
タワー１０２に配置されたゴンドラ１０４を実質的に水平な平面内で回転させるために、第１のアジマスドライブ１３１、第２のアジマスドライブ１３２及び第３のアジマスドライブ１３３が、特に、アジマスユニット１３０内とナセル１０５内に配置されており、これらのアジマスドライブ１３１、１３２、１３３は、ゴンドラ１０４を、アジマスユニット１３０とロータ１０６と共に、タワー１０２に対して、実質的に水平な平面内で、回転させるように構成されている。この目的のために、アジマスドライブ１３１、１３２、１３３毎に１つの外側に歯が付けられたスプロケットが、タワー１０２に回転について固定的に配置された内側に歯が付けられたリングマウントと係合している。タワー１０２の長手方向におけるアジマスユニット１３０の高さは、特に、アジマスドライブ１３１、１３２、１３３の構造的な高さによって影響される。アジマスドライブ１３１、１３２、１３３の構造的な高さが高いほど、アジマスユニット１３０の高さも、一般的に、より高くなる。特に図２から分かるように、従来技術において使用されるアジマスドライブ１３１、１３２、１３３は、大きいアジマスユニット１３０を必要とする構造的な高さを有しており、その理由は、そのようなサイズのアジマスドライブ１３１、１３２、１３３の配置が、コンパクトなマシン支持体及び／又はコンパクトなゴンドラ１０４内では不可能であり、あるいは、可能であっても必ず著しい欠点を伴うからである。
【００５２】
アジマスユニット１３０は、風力発電設備の可動構成部分の一部分である。従って、特にアクチュエータドライブによって加えられる力が可能な限り小さくなるように可動質量を低減するためには、理想的に小さい構造的なサイズが望ましい。更に、アジマスユニット１３０の設計についての構造的な複雑度が非常に高いので、サイズの低減されたアジマスユニット１３０が、あるいは、これを時代遅れなものにすることが、しばしば追求されている。これは、特に、５００ｋＷよりも高い、及び／又は、１０００ｋＷよりも高い、及び／又は、１５００ｋＷよりも高い、及び／又は、２０００ｋＷよりも高い、及び／又は、２５００ｋＷよりも高い、及び／又は、３０００ｋＷよりも高い、及び／又は、３５００ｋＷよりも高い、及び／又は、４０００ｋＷよりも高い、及び／又は、４５００ｋＷよりも高い、及び／又は、５０００ｋＷよりも高い、及び／又は、５５００ｋＷよりも高い、及び／又は、６０００ｋＷよりも高い公称負荷を有する比較的大規模な風力発電設備に当てはまる。更に、図２から分かるように、ピッチドライブ１２０の構造的な高さは、同様に高く、従って、ピッチドライブ１２０は、アジマスドライブ１３１、１３２、１３３と同様に、かなり大きなスペースの要件を有している。
【００５３】
図３ａは、従来技術において周知のアジマスドライブを備えたアジマスユニットの一部分の概略的な２次元の断面図を示している。これとは対照的に、図３ｂは、本発明に従う、遊星ギアボックスの無い電気アジマスドライブを有するよく似た状況を示している。図３ｂに従うアジマスユニットを備えた本発明に従うナセルにおけるスペース要件が、同一の公称出力の風力発電設備についての図３ａに従うアジマスユニットを備えたナセルに比べて、著しく小さいことが直ちに明らかになるであろう。
【００５４】
図３ａにおける従来技術に従うアジマスユニット４００′は、マシン支持体４８０を、水平平面内において、壁４９０が部分的に図示されているタワーに対して、回転させるように配置されて構成されている。マシン支持体４８０は、アジマスユニット４００′と共に、タワーに回転可能に取り付けられており、この取り付けは、この例では、複列球形ローラベアリング（double-row spherical roller bearing）４５０を介して実施されている。タワー壁４９０に対して、回転について固定的に、固定されたローラベアリング部分は、更に、内側歯部４５０１を備えている。
【００５５】
図３ｂにおける本発明に従うアジマスユニット４００は、マシン支持体４８０に対して回転について固定的に接続されている。アジマスドライブ４０１は、アジマスユニット４００内において、アジマスドライブ４０１のスプロケット４６０が、タワー壁４９０に固定された、アジマスベアリング４７０の一部である内側歯部４７２と係合するように、配置されている。スプロケット４６０はモータ４１０によって駆動され、ただ１つの第１のギアボックス段４３０と１つの第２のギアボックス段４４０とが、モータ４１０とスプロケット４６０との間に配置されており、その結果、モータ４１０の高い回転速度が、スプロケット４６０の高いトルクを有する低い回転速度に変換される。アジマスユニット４００は更にモータブレーキ４２０を備えており、このモータブレーキ４２０は、第１のギアボックス段４３０とモータ４１０との間に配置されたブレーキディスク４２２を減速させるように配置されて構成されている。従って、スペースの要件と、更にまた、構造及び組み立てに関する複雑さとを、例えば図３ａに示されたような従来技術において周知の構成と比べて、低減できる。
【００５６】
これとは対照的に、図３ａは、従来技術において周知のアジマスユニットの概略的な２次元の断面図を示している。従来技術に従うアジマスユニット４００′のアジマスドライブ４０１′は、特に、図３ｂに示されたアジマスユニット４００と比較して、このアジマスドライブ４０１′が、モータ４１０と出力スプロケット４６０との間に合計４つのギアボックス段を備えている点で異なっている。従来技術におけるこれらのギアボックス段は、特に遊星ギアボックスとして構成されている。アジマスドライブ４０１′は、更に、ブレーキディスク４２２′とブレーキ４２０′とから成る一体型ブレーキを備えており、これらのブレーキディスク４２２′とブレーキ４２０′とは、モータ４１０の、ギアボックスから遠ざかる方向に向いた側に配置されている。
【００５７】
より小さいスペースの要件と構造及び組み立てに関する複雑さとは別に、本発明に従う解決手段によって、更に、設けるべき可動構成要素の数を低減でき、その結果、故障し易さ及び／又はメンテナンスの複雑さを低減できる。
【００５８】
図４は、例えば、図３ｂにおけるような設備状況において使用できる、遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブの代表的な一実施形態の側面視による断面図を示している。図４からも分かるように、特にコンパクトな構造のアクチュエータドライブを実施でき、従って、具体的には、高い公称出力を有する設備の場合においてもピッチドライブ及び／又はアジマスドライブとして使用することが望ましい。
【００５９】
図４に例示された遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブ３００は、実質的に、ギアボックス３０５、モータ３１０及びスプロケット３６０を備えている。モータ３１０は、回転軸Ｄを中心に第１のプロファイルドディスク３３４を回転させて駆動する。回転軸Ｄに対して垂直な第１のプロファイルドディスク３３４は、非円形の断面を有しており、例えば、楕円形の断面又はカム形の断面が可能である。複数の歯付きピン３３２が、第１のプロファイルドディスク３３４の外周表面に配置されている。これらの歯付きピンは、回転軸Ｄを基準にした半径方向と実質的に同じ方向になるように配置された長手方向軸を備えている。歯付きピン３３２は、回転軸から遠ざかる方向に向いた自己の端部において、先細り形状部分を備えており、この先細り形状部分は、内側歯部と係合して、そこに、円周方向における剪断力を生じさせるように構成されて配置されている。歯付きピン３３２は、この端部において、特に、ギアボックスの歯車の形状のような形状を有している。歯付きピン３３２は、並進運動のみを行えるように配置されており、この並進運動は、回転軸Ｄを基準にした半径方向と実質的に同じ方向になるように調整されている。歯付きピン３３２は、第１のプロファイルドディスク３３４の接線方向において、第１のプロファイルドディスク３３４に対して回転について固定的に接続されてはおらず、従って、望ましくは、このプロファイルドディスクのみが、歯付きピン３３２において並進運動を生じさせることができる。歯付きピン３３２は、更に、半径方向に可動になるように第１のリングギア３３６に配置されていることが望ましい。これとは対照的に、歯付きピン３３２は、接線方向において、第１のリングギア３３６に対して固定的に接続されている、特に、回転について固定的に接続されていることが望ましい。特に第１のプロファイルドディスク３３４と第１のリングギア３３６とに対して位置的に固定的に配置されている固定リングギア３５０が、これらの第１のプロファイルドディスク３３４及び第１のリングギア３３６と同軸になるように、これらの第１のプロファイルドディスク３３４及び第１のリングギア３３６と並んで配置されている。
【００６０】
第１のプロファイルドディスク３３４の半径方向と歯付きピン３３２の並進運動の方向とにおける固定リングギア３５０は、第１の内側歯部３５２を備えている。固定リングギア３５０の第１の内側歯部３５２は、特徴として、特に、歯付きピン３３２の歯間隔の非整数倍である歯間隔を有している。歯間隔は、２つの隣接する歯の歯頭部から歯頭部までと決められることが望ましい。ここでの非整数倍とは、特に、これらの２つの間隙から得られる商が１、２又は３のような整数にならないことを意味している。しかしながら、非整数倍は、１より小さい数、例えば０.８も意味することができる。第１のプロファイルドディスク３３４と、第１のリングギア３３６の歯付きピン３３２と、固定リングギア３５０における第１の歯部３５２とが上述の如く配置されているので、第１のリングギア３３６は、モータ３１０が非円形プロファイルドディスク３３４を回転駆動すると直ぐに、回転軸Ｄを中心にして回転する。これは、特に、少なくとも１つの歯付きピン３３２の、第１の歯部３５２に対する係合によって実施され、その際、その歯付きピン３３２の、第１の歯部３５２の歯中間スペースに対する厳密な中心的な係合が、上述の歯間隔のために、実施されない。その結果、接線方向における、歯付きピン３３２と第１のリングギア３３６との接続が回転について固定的であるので、剪断力が、歯付きピン３３２からリングギア３３６に伝えられる。従って、第１のプロファイルドディスク３３４と第１のリングギア３３６とは、歯付きピン３３２と共に、ギアボックス３０５の第１のギアボックス段３３０を代表している。
【００６１】
第２のギアボックス段３４０が、ギアボックス３０５のより高いギアリングを実現するために設けられている。この第２のギアボックス段３４０は、第１のリングギア３３６によって駆動される第２のプロファイルドディスク３４４を備えている。第１のギアボックス段３３０の場合と同様に、第２のプロファイルドディスク３４４は、回転運動を歯付きピン３４２の並進運動になるように伝えて、歯付きピン３４２は、固定リングギア３５０における第２の歯部３５４と、接線方向において回転について固定的である、歯付きピン３４２の第２のリングギア３４６に対する接続と、によって、ギアリングを実施する。第２のリングギア３４６はスプロケット３６０に対して回転について固定的に接続されており、その結果、モータ３１０からスプロケット３６０までの高いギアリングが実現できる。
【００６２】
この実施形態では、ブレーキディスク３２２を介して加速を実施できるブレーキ３２０が更に設けられている。このブレーキディスク３２２は、モータ３１０と第１のプロファイルドディスク３３４との間に配置された領域に配置されている。ブレーキディスク３２２は、ここに配置されたシャフトに対して回転について固定的に配置されている。ブレーキ３２０は、ブレーキディスク３２２と係合でき、従ってブレーキディスク３２２を加速できるように、固定リングギア３５０に配置されていることが望ましい。特に、ここでは、ブレーキディスク３２２の回転速度がブレーキ３２０によって減速させられるように、負の加速が提供される。
【００６３】
図５は、遊星ギアボックスの無いアジマスドライブが配置されているマシン支持体の代表的な一実施形態の概略的な２次元の断面の説明図を示している。マシン支持体２００は、壁２０４によって囲まれた管状の形状を有している。マシン支持体２００は２つの大きいエントリ開口を備えており、第１のエントリ開口２０１は、動作時に、タワーフランジにおいて配置されて構成されており、第２のエントリ開口２０２は、回転機能群を受け入れるように配置されて構成されている。タワーフランジにおける第１のエントリ開口の第１の通過方向は、動作時に、タワーの長手方向軸と実質的に平行になるように動作時に調整されている鉛直方向の配向を有している。マシン支持体２００の第２のエントリ開口２０２は、第１の通過方向に対して垂直になるように調整されている第２の通過方向を有している。
【００６４】
図５によれば、遊星ギアボックスの無い電気アジマスドライブ２２０、２３０がマシン支持体に配置されている。第１のアジマスドライブ２２０と第２のアジマスドライブ２３０は、第１のエントリ開口の領域内において、内側に突出しているマシン支持体フランジ２０８に配置されている。図４において参照符号３５０が付けられた固定リングギアが、ここに、即ち、マシン支持体フランジ２０８の開口内に、回転について固定的に、配置されている。アジマスドライブ２２０、２３０の回転軸は、各々、タワー軸と、あるいは、タワーに面している、マシン支持体の第１のエントリ開口のエントリ方向と、平行になるように調整されている。風力発電設備のタワーは、マシン支持体に面するタワー最上端部において、半径方向に内側に歯が付けられたタワーフランジ１１８を備えている。アジマスドライブ２２０及び２３０と半径方向に内側に歯が付けられたタワーフランジ１１８とは、アジマスドライブ２２０及び２３０のスプロケット２２６及び２３６が半径方向に内側に歯が付けられたタワーフランジ１１８の歯部と係合するように、配置されている。
【００６５】
このタイプのコンパクトなアジマスドライブ又はピッチドライブによって、それぞれ、特に有益な風力発電設備を提供できる。これらのアジマスドライブは例えば図５に示されているようなコンパクトなマシン支持体内に設置でき、その結果、アジマスドライブはもはや専用の筐体を必要とせず、及び／又は、このマシン支持体を取り囲む領域において、その他の構成部分用に空きスペースが生じる。更に、その結果、ゴンドラ又はナセルの重量が、それぞれ、低減される。更に、風力発電設備のアジマスユニットは、本発明に従って使用される遊星ギアボックスの無いアクチュエータドライブのより小さい構造サイズによって、著しくよりコンパクトに構成でき、あるいは、図５に例示されているように、アジマスドライブが、直接、マシン支持体に一体化される場合には、完全に省くことさえもできる。更に、アジマスドライブがマシン支持体に配置されているので、アジマスユニットは、殆どの場合、オプション無しで済ますことができる。
【００６６】
特に、ピッチドライブにおいて、このタイプのコンパクトなアクチュエータドライブを使用することによって、ロータ内における回転質量の重量を低減でき、その結果、機械的分野において更なる利点を実現でき、特に動的負荷に関する利点を実現できる。更なる利点として、この遊星ギアボックスの無いアクチュエータドライブは、摩損し難く、より高い効率を呈することもあり、その結果、メンテナンス効力と風力発電設備の性能とを高めることができ、それによって、特にエネルギをよりリソースフレンドリー（resource-friendly）に生成することができ、そして、風力発電設備のコストを低減でき、従って、発電のコストも低減できる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  風力発電設備
１０２  タワー
１０４  ゴンドラ
１０５  ナセル
１０６  ロータ
１０８  ロータブレード
１１０  スピナ
１１２  ロータハブ
１１４  発電機
１１８  半径方向に内側に歯が付けられたタワーフランジ
１２０  ピッチドライブ
１３０  アジマスユニット
１３１  第１のアジマスドライブ
１３２  第２のアジマスドライブ
１３３  第３のアジマスドライブ
２００  マシン支持体
２０１  第１のエントリ開口
２０２  第２のエントリ開口
２０４  壁
２０８  マシン支持体フランジ
２２０  第１の遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブ
２２２  モータ、第１のピッチ調節ユニット
２２４  ギアボックス
２２６  スプロケット
２３０  第２の遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブ
２３２  モータ、第２のピッチ調節ユニット
２３４  ギアボックス
２３６  スプロケット
３００  遊星ギアボックスの無い電気アクチュエータドライブ
３０５  ギアボックス
３１０  モータ
３２０  ブレーキ
３２２  ブレーキディスク
３３０  第１のギアボックス段
３３２  歯付きピン
３３４  第１のプロファイルドディスク
３３６  第１のリングギア
３４０  第２のギアボックス段
３４２  歯付きピン
３４４  第２のプロファイルドディスク
３４６  第２のリングギア
３５０  固定リングギア
３５２  固定リングギアの第１の内側歯部
３５４  固定リングギアの第２の内側歯部
３６０  出力スプロケット
４００、４００′  アジマスユニット
４０１、４０１′  アジマスドライブ
４１０  モータ
４２０、４２０′  ブレーキ
４２２、４２２′  ブレーキディスク
４３０  第１のギアボックス段
４４０  第２のギアボックス段
４５０  ローラベアリング
４６０  出力スプロケット
４７０  アジマスベアリング
４７２  歯部
４８０  マシン支持体
４９０  タワー壁
１１４１  発電機ステータ
１１４２  発電機ロータ
４５０１  ローラベアリングの歯部
Ｄ  回転軸
【図１】
2019526012.tif 000003
【図２】
2019526012.tif 000004
【図３ａ】
2019526012.tif 000005
【図３ｂ】
2019526012.tif 000006
【図４】
2019526012.tif 000007
【図５】
2019526012.tif 000008
【国際調査報告】
2019526012.tif 000009
2019526012.tif 000010
2019526012.tif 000011
2019526012.tif 000012
2019526012.tif 000013
2019526012.tif 000014
2019526012.tif 000015
2019526012.tif 000016